超级不锈钢和镍基合金的区别和联系

超级不锈钢和镍基合金的区别和联系

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镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。

镍基耐热合金

镍基合金的代表材料有1，Incoloy合金，如Incoloy800，主要成分为；32Ni-21Cr-Ti,Al；属于耐热合金；2，Inconel合金，如Inconel600，主要成分是；73Ni-15Cr-Ti,Al；属于耐热合金；3，Hastelloy合金，即哈氏合金，如哈氏C-276，主要成分为；56Ni-16Cr-16Mo-4W；属于耐蚀合金；4，Monel合金，即蒙乃尔合金，比如说蒙乃尔400，主要成分是；65Ni-34Cu；属于耐蚀合金；

主要合金元素

主要合金元素有铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、锆等。其中Cr，Ai等主要起抗氧化作用，其他元素有固溶强化，沉淀强化与晶界强化等作用。

在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力，由于足够高的高温强度与抗氧化腐蚀能力，所以常用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。

发展历史

镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变

形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。

成分和性能

镍基高温合金中应用最为广泛。主要原因在于，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。

镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。

·生产工艺

冶炼方面：为了获得更纯净化的钢水，减低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性，镍基耐热合金，通常采用真空感应炉熔炼，甚至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。

变形方面：采用锻造、轧制工艺，对于热塑性差的合金甚至采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤

压工艺。变形的目的是为了破碎铸造组织，优化微观组织结构。

铸造方面：通常用真空感应炉熔炼母合金保证成分与控制气体与杂质含量，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。 热处理方面：变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet 500合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。

超级不锈钢、镍基合金是一种特种的不锈钢，首先在化学成分上与普通不锈钢304不同，是指含高镍，高铬，高钼的一种高合金不锈钢。其次在耐高温或者耐腐蚀的性能上，与304相比，具有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能，是304不可取代的。另外，从不锈钢的分类上，特殊不锈钢的金相组织是一种稳定的奥氏体金相组织。

由于这种特种不锈钢是一种高合金的材料，所以在制造工艺上相当复杂，一般人们只能依靠传统工艺来制造这种特种不锈钢，如灌注，锻造，压延等等。

在许多的领域中，比如

1，海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。

2，环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。 3，能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。

4，石油化工领域：炼油，化学化工设备等。

5，食品领域：制盐，酱油酿造等

超级不锈钢是一种特种的不锈钢，首先在化学成分上与普通不锈钢304不同，是指含高镍，高铬，高钼的一种高合金不锈钢。其次在耐高温或者耐腐蚀的性能上，与304相比，具有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能，是304不可取代的。另外，从不锈钢的分类上，特殊不锈钢的金相组

织是一种稳定的奥氏体金相组织。

基本介绍

由于该种特种不锈钢是一种高合金的材料，所以在制造工艺上相当复杂，人们一般只能依靠传统工艺来制造这种特种不锈钢，如灌注，锻造，压延等等。

应用领域

1、海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。

2、环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。

3、能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。

4、石油化工领域：炼油，化学化工设备等。

5、食品领域：制盐，酱油酿造等。 超级不锈钢按照含铬量的不同，可以分为超级马氏体不锈钢和超级奥氏体不锈钢两类

超级马氏体不锈钢

纤维组织

超级马氏体不锈钢典型的基体金属显微组织为回火马氏体。这种低碳回火马氏体组织具有很高的强度和韧性。根据含镍量的不同、热处理条件的差异，一些牌号的超级马氏体不锈钢基体显微组织中可能会出现10%～40%的细小弥散状残留奥氏体。对于含铬16%等级的超级马氏体不锈钢，显微组织中可能出现少量的δ铁素体。为了获得理想的细晶粒回火马氏体，在钢板交货之前一般都经过淬火加回火处理。

机械性能

超级马氏体不锈钢不仅具有较好的耐腐蚀性、可焊接性，而且具有强度高和低温韧性好的特点。典型的机械性如下：

屈服应力 б0.2为550～850MPa

抗拉强度 бb 为780～1000MPa

冲击强度大于50焦耳

延伸率大于12%

焊接性能

马氏体不锈钢含铬13%，由于铁素体晶粒在焊接过程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，这类不锈钢的用途严格限制于非焊接零件的安装。经过冶炼工艺的不断改进，降低了马氏体不锈钢中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的镍（最高含量达6.5%）和钼（最高含量2.5%），从而开发出了超级马氏体不锈钢。这种材料在加工制造过程中又采取了特殊的工艺措施，使得新的超级马氏体不锈钢的焊接性能大大超过了传统的马氏体不锈钢。

超级马氏体不锈钢的焊接可以采用人们熟悉的焊接工艺，诸如气体保护金属极电弧焊（GMAW或SMAW），气体保护钨电弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和励磁线圈电弧焊（FAW）。对于环缝焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直缝焊大多数使用SAW。但是，激光焊和电子束焊也非常有吸引力。激光焊对生产直缝焊管是一种经济的焊接方法。由于冷却速度快，在焊缝中可以获得全马氏体显微组织，从而得到很好的韧性和满意的耐蚀性。 耐蚀性能

超级马氏体不锈钢由于含碳量低，相当于提高了基体金属中含铬量的比例，所以耐腐蚀性好。

对于弱酸性腐蚀环境，超马氏体不锈钢有取代其它耐蚀合金的趋势。但是，在高温和有二氧化碳存在的腐蚀条件下，会产生一般腐蚀和局部腐蚀，在二氧化碳和硫化氢同时存在的腐蚀条件下，必须考虑在室温下产生的应力腐蚀裂纹和在高温下产生的局部腐蚀和一般腐蚀。根据腐蚀条件的不同（如CO2或CO2+H2S），开发了不同牌号的超马氏体不锈钢（含钼或不含钼）。这种超13Cr不锈钢已成功地应用于北海地区的Gullfaks油田和Asgard油田。 应用前景

超级马氏体不锈钢除具有传统马氏体不锈钢的特点，可以应用于泵、压缩机、阀门及其它机加工用途外，超级马氏体不锈钢的海洋用管也开发成功，满足了海上石油天然气公司对工艺用无缝管和输送管道的要求，成为海洋用钢

的新成员。

荷兰的NAM石油天然公司决定对他们位于荷兰北部格罗宁根的天然气田的湿天然气处理设施进行现代化改造，包括对30个球罐进行大修和对所有输送管道的更换，新选用的材料全部是超级马氏体13Cr不锈钢。

阿曼的液态天然气工程需要铺设几十公里长的输送管线，也采用的是超级马氏体不锈钢。

此外，超级马氏体不锈钢在水力发电、采矿设备、化工设备、食品工业、交通运输及高温纸浆生产设备等也极具应用潜力。

经济性

在超级马氏体不锈钢取得成功之前，对许多应用不锈钢的领域，特别是含二氧化碳，或者含二氧化碳和硫化氢腐蚀介质的环境，往往使用双相不锈钢，一些特殊部件甚至要求使用超双相不锈钢。之后，人们越来越多地用超级马氏体不锈钢来部分取代双相不锈钢和超双相不锈钢，这除了超马氏体不锈钢在某些腐蚀环境下仍具有强度高、耐蚀性好以及－40℃的冲击韧性好之外，更主要的原因是超氏体不锈钢比双相不锈钢更经济。

首先，在重量相等、耐腐蚀性相当的前提下，采用超13Cr不锈钢比采用双相不锈钢便宜大约30%。

其次，超13Cr不锈钢的强度比双相不锈钢高得多，所以，用超13Cr不锈钢制作的零部件（如三通、弯头、输送管和支管）的壁厚可以减薄，成本降低10%～15%。总计下来，超13Cr不锈钢与双相不锈钢相比较，总成本降低35%～40%。这样大幅度的成本降低，使得人们不能忽略它在竞争日益激烈的工业，如石油天然气工业上的应用。[2]

超级奥氏体不锈钢 特性

由于超级奥氏体不锈钢是属于高镍高钼而且含有铜、氮的奥氏体不锈钢，是比较难熔炼的钢种，易偏析、开裂等，因此超级奥氏体不锈钢是不锈钢中生产工艺要求最高、难

度最大的品种，它是钢厂工艺技术的集中体现。与其他常用的Cr-Ni奥氏体钢一样，超级奥氏体不锈钢具有良好的冷，热加工性能。

1、热锻时最高加热温度可达1180摄氏度，最低停锻温度不小于900摄氏度。

2、热成型可在1000—1150摄氏度进行。

3、热处理工艺为1100—1150摄氏度，加热后快冷。

4、虽可采用通用的焊接工艺进行焊接，但是最恰当的焊接方法是手工电弧焊和钨极氩弧焊。

由于904L、254SMO超级奥氏体不锈钢具有很强的抗点蚀、缝隙腐蚀、氯离子应力腐蚀和抗晶间腐蚀能力尤其对硫酸根离子、氯离子等酸根离子有很好的耐腐蚀性，可以使用在极其恶劣的工作环境下，因此超级奥氏体不锈钢的应用越来越广泛。

主要应用在以下领域

1、石油、石化设备，如石化设备中的波纹管。

2、纸浆、造纸漂白设备，如纸浆蒸煮器、漂白设备。

3、发电厂烟气脱硫装置，主要使用部位有：吸收塔的塔体、烟道、档门板、内件、喷淋系统等。

4、海上系统或海水处理，如电厂中用海水冷却的薄壁冷凝管道、海水淡化处理设备。

5、盐工业，如制盐或除盐设备。

6、热交换器，尤其在有氯离子工作环境中的热交换器。[3]

一些代表性的特种不锈钢有：

1，超级不锈钢，也就是说是一种含有约6%钼的特种不锈钢，世界上有十来种钢种。大家也叫6钼不锈钢。比如他的主要成分为；25Ni-23Cr-5.5Mo-0.2N

2，英苛莱合金，比如说英苛莱800，他的主要成分为；32Ni-21Cr-Ti,Al

3，英苛镍合金，比如说英苛镍600，他的主要成分位；73Ni-15Cr-Ti,Al

4，哈氏合金，比如说C-276，他的主要成分位；56Ni-16Cr-16Mo-4W

5，蒙乃尔合金，比如说蒙乃尔400，他的主要成分位；65Ni-34Cu

综合以上事例中，如果是选用普通不锈钢（304），而不是选用特种不锈钢的情况下，普通不锈钢（304）并不适合这样的高温或者高腐蚀的环境，材料会马上发生腐蚀，或者发生高温氧化。所以在众多的需要耐高温，耐腐蚀的环境下，特种不锈钢是最好的选择。特种不锈钢超越了从来的不锈钢范畴，具有卓越不凡的性能，无论是今天还是将来，特殊不锈钢材料都有着源源不绝的需求。